物联网系统中常见的非接触人体感应方案_红外传感器详解

物联网系统中为什么要使用红外传感器

物联网系统中使用红外传感器的原因主要基于红外传感器的独特优势及其在多个应用场景中的实用性。以下是详细的分析：

红外传感器的独特优势

非接触式测量：红外传感器能够在不接触被测物体的情况下进行测量，这避免了传统接触式测量可能带来的磨损、污染或破坏等问题。

高灵敏度与高精度：红外传感器具有较高的灵敏度和精度，能够准确感知和测量物体的温度、位置或运动状态等参数。

抗干扰能力强：红外传感器能够在复杂环境中稳定工作，不易受到电磁干扰或光线变化等因素的影响。

低功耗与长寿命：由于红外传感器采用非接触式测量方式，其功耗相对较低，同时其结构简单、耐用，因此具有较高的可靠性和长寿命。

红外传感器在物联网系统中的应用场景

智能家居：

人体感应：红外传感器可用于检测人体的存在和移动，从而实现智能家居的自动化控制，如自动开关灯、调节空调温度等。

门窗状态监测：通过安装红外传感器，可以实时监测门窗的开关状态，提高家庭安全性。

安全监控：

入侵检测：红外传感器可用于夜视监控和入侵检测，当有人或物体进入监控区域时，传感器会立即发出警报信号。

火灾预警：结合热释电效应的红外传感器可用于火灾预警系统，通过监测环境温度的变化来及时发现火情。

工业自动化：

生产线监测：在工业生产线上，红外传感器可用于监测产品的位置、尺寸和温度等参数，实现自动化生产和质量控制。

安全性保障：在危险性机械系统上安装红外传感器，可进行非接触测量，当超过预定的安全距离时给出警示，防止人太靠近造成危险，保护工人健康、实现安全生产。

医疗健康：

体温测量：红外传感器可用于非接触式体温测量，减少交叉感染的风险，特别适用于疫情期间的大规模筛查。

生命体征监测：在医疗设备中，红外传感器可用于监测患者的生命体征，如心率、呼吸频率等。

物流仓储：

货物检测：红外传感器可用于检测货架上的货物数量和状态，当货物不足或出现异常时及时提醒工作人员进行处理。

自动化分拣：在自动化仓储系统中，红外传感器可用于识别和分拣不同种类的货物。

消费电子：智能手机中的面部识别、手势控制和遥控等功能。

汽车安全：实现自动停车和碰撞预警功能。

航空航天：火箭和导弹的制导系统中。

农业：农作物检测和农田监测等。

综上所述，物联网系统中使用红外传感器的原因在于其独特的优势以及在多个应用场景中的广泛适用性。红外传感器不仅能够提高物联网系统的智能化水平，还能够提升系统的安全性、可靠性和用户体验。随着物联网技术的不断发展，红外传感器在物联网系统中的应用前景将更加广阔。

本文会再为大家详解传感器家族中的一员——红外传感器。

红外传感器定义

红外传感器，又称为红外探测器或红外转换器（infrared transducer），是一种能够感应红外线并将其转换为电信号输出的传感器。红外线是电磁波谱中波长介于可见光和微波之间的部分，具有反射、折射、散射、干涉和吸收等物理特性。红外传感器利用这些特性，通过非接触的方式实现对物体的检测、测量和监控。

红外传感器原理

  红外传感器的原理主要基于几种效应，包括热电效应、光电效应和热释电效应：

热电效应：当两种不同材料之间存在温差时，会产生电动势的现象。在红外传感器中，热电偶被用来检测目标表面与参考表面之间的温差，从而计算出目标表面的温度。

光电效应：光子与物质相互作用，使物质吸收光子能量并释放出光电子的现象。红外发射器发射的红外线遇到物体后，部分光线被反射回来，由红外接收器接收并转换为电信号。

热释电效应：某些晶体材料在温度变化时会产生电极化现象，从而产生电压信号。当红外辐射通过晶体时，晶体的电极化现象发生变化，产生电压信号，通过测量这个电压信号可以确定目标表面的发射率。

红外传感器分类

红外传感器可以根据其工作原理和检测方式分为多种类型，主要包括热传感器和光子传感器两大类：

热传感器：

热敏电阻型：利用热敏电阻值随温度变化而改变的特性来检测红外辐射。

热电偶型：利用热电偶在不同温度下产生电势差的特性来检测红外辐射。

高莱气动型：利用气体吸收红外辐射后温度升高、体积增大的特性来检测红外辐射。

热释电型：利用具有极化现象的热晶体（铁电体）在温度变化时释放电荷的特性来检测红外辐射。

光子传感器：

光电导传感器：利用某些半导体材料在红外辐射照射下导电率增加的特性来检测红外辐射。

光生伏特传感器：利用红外辐射在半导体材料的PN结上产生光生电动势的特性来检测红外辐射。

光磁电传感器：利用红外辐射在半导体材料中引起电子和空穴扩散并在强磁场作用下产生开路电压的特性来检测红外辐射。

红外传感器选型参数

在选型红外传感器时，需要考虑以下主要参数：

检测温度范围：确定传感器能够检测的温度范围。

距离系数（D:S）：传感器到目标的距离D与在该距离下测温仪测量区域直径S的比值，用于衡量传感器的检测能力。

视场角（FOV）：红外传感器能“看”到的范围。

精度：传感器测量结果的准确性。

输出类型：传感器输出的信号类型，如模拟信号或数字信号。

电源要求：传感器工作所需的电源电压和电流。

工作环境：传感器的工作环境条件，如温度、湿度等。

红外传感器使用注意事项

了解性能指标和应用范围：在使用前必须了解红外传感器的性能指标和应用范围，掌握其使用条件。

关注工作温度：一般选择能在室温下工作的红外传感器，便于维护。

调整工作点：确保传感器工作在最佳工作点，以获得最大的信噪比。

选用适当前置放大器：配合适当前置放大器使用，以获取最佳探测效果。

调制频率匹配：确保调制频率与红外传感器的频率响应相匹配。

保护光学部分：传感器的光学部分不能用手摸、擦，防止损伤与沾污。

注意存放条件：传感器存放时注意防潮、防振、防腐。

红外传感器厂商

红外传感器的厂商众多，包括国内外多个知名品牌。由于市场竞争激烈，厂商不断推出新产品和技术，以满足不同领域的需求。然而，由于我无法直接获取最新的厂商信息，建议在选择红外传感器时，通过查阅相关行业报告、参加展会或咨询专业人士，以获取最新的厂商推荐和产品信息。

供应商A：森霸

https://www.nysenba.com/

1、产品能力

（1）选型手册

https://www.nysenba.com/pir/

（2）主推型号1：D203B

对应的产品详情介绍

探测视场角度大；干涉滤光片截止深度高，抗白光能力强； 结型场效应管以源极跟随器的形式实现阻抗变换； ● 采用双元补偿结构，有效抵抗环境变化、振动、杂散光的干扰；

 

硬件参考设计 

（3）主推型号2：：D203S

对应的产品详情介绍

热释电红外线传感器是利用材料自发极化随温度变化的特征来探测红外线辐射的传感器，采用双灵敏元设计，抑制环境温度变化产生的干扰，提高了传感器的工作稳定性。本产品应用广泛，例如智能玩具，自动灯开关，感应门等，特别适用于智能玩具应用场合。

输出方式：模拟信号输出

窗口尺寸：3*4mm

感应距离：10M（透镜SB-F-02 ）不同距离详见透镜选型

感应角度：120°（水平方向）

工作电压：3-15V

静态噪声：＜80mV

推荐配套IC：ISB6601L，RS8034，ISB02，BISS0001

硬件参考设计

研发设计注意使用事项

（1）技术产品

技术资料

D203B

639143e083784.pdf

D203S

639143e083784.pdf

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审核编辑 黄宇